机械连杆设计说明书

机械连杆设计说明书1引言随着汽车工业的发展，对内燃机的需要大大增加，连杆是内燃机上的重要零件，其生产虽然已有较成熟的工艺方法，但在工艺上主要使用专用机床，在加工精度方面受到工人技术的影响。

随着市场对个性化产品的需要，产品的更新换代日益迅速，旧工艺，旧设备已不能适应生产发展的要求。

数控加工的发展，计算机集成制造技术和柔性制造技术的出现，使劳动密集型向技术密集型方向转化。

大、小头孔和螺栓孔的加工是连杆加工的关键技术。

长期以来，国内外许多组合机床和刀具制造厂，如大连组合机床研究所、Ex-Cell-O、Alfing、Grob、Hüler Hille、Ernst Krause & Co等机床厂和Komet、Plansee、Beck、Mapal等刀具厂都十分重视这类技术设备及专用刀具的开发。

近几年来，特别是在专用刀具开发方面取得了长足进步，这对提高加工精度、刀具耐用度和加工效率起着积极作用。

本文以CA140发动机连杆为例，在现有条件和传统工艺的基础上，对生产工艺进行讨论。

2工艺路线的制定2.1 零件分析在制定工艺规程时，必须首先了解零件在产品中所起的作用，了解零件的结构特点，对零件进行工艺分析。

以上都是通过对设计原始资料零件图及产品装配图进行分析的基础上完成的。

另外，还要审查零件图的完整性和正确性，对产品零件图提出修改意见。

2.1.1连杆的作用连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其小头经活塞销与活塞连接，大头与曲轴连杆轴颈连接。

燃烧室内受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的压力压向活塞顶面，连杆则将活塞所受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。

连杆部件一般由连杆体、连杆盖和螺栓、螺母等组成。

在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减少惯性力的作用。

连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。

为了减少磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔内衬有具有钢质基底的耐磨巴氏合金轴瓦。

为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称重后切除不平衡质量。

连杆大、小头两端面对称分布在连杆中截面的两侧。

考虑到装夹、安放、搬运、要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。

在连杆小头的顶端设有有孔，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副。

2.1.2连杆的技术要求连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，杆体与杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。

连杆总成的技术要求如下：1．为了使连杆大、小头运动副之间配合良好，大头孔的尺寸公差的等级取为IT6，表面粗糙度Ra不大于0.4μm ；小头孔的尺寸公差等级约取为IT5（加工后再按0.0025mm间隔分组），表面粗糙度Ra应不大于0.5μm ；对它们的圆柱度也规定了严格的要求。

2．大、小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，进而影响发动机的效率，两孔中心距的尺寸公差等级应该不低于IT9。

大、小头孔中心线所在的公共平面为连杆平面，一般规定两孔轴线在连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于7级，在垂直于连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于8级。

3．连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一般规定其垂直度公差等级应不低于9级。

4．连杆大、小头两端面间距离的基本尺寸相同，但其技术要求是不同的。

大头两端面间的尺寸公差等级为IT9 ，表面粗糙度Ra不大于0.8μm ；小头两端面间的尺寸公差等级为IT12 ，表面粗糙度Ra不大于6.3μm 。

这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。

连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。

5．为了保证发动机运转平稳，对连杆小头质量差和大头质量差分别给以较严格的规定。

2.2工艺规程的设计2.2.1生产纲领的确定企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。

零件的生产纲领按下式计算：()βα++=1QnN式中：N—零件的生产纲领（件／年）；Q—机器产品的年产量（台／年）；n—每台产品中该零件的数量（件/台）；α—备品百分率；β—废品百分率；由此式可得生产纲领()βα++=1QnN＝50000×1×（1＋3%＋3%）＝53000件生产纲领参数如下：Q＝50000 （件/年）；n＝1（件/台）；α＝3% ；β＝3%2.2.2生产节拍的确定生产节拍是流水生产中，相继完成两件制成品间的时间间隔，使生产线设计的依据之一，生产线是否满足生产纲领由生产节拍决定。

生产节拍可分为：计算最大允许生产节拍和实际节拍，最大允许节拍m （min/件）是按零件纲领和设备年时基数N 计算得来的。

N Hm 60=该零件采用一班制工作，每班8小时，一年按210 天计算： H ＝1×210×8＝1680 h/年故连杆的生产节拍53000168060⨯=m＝1.90 min/件 在汽车制造过程中，由于要求流水线的均衡生产，所以工件按工艺过程顺序加工，每台设备加工时间大致相等，为使生产线能满足生产纲领要求，实际节拍小与计算值，即：m 实≤1.90 min/件2.3连杆毛坯的材料连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度，因此，连杆材料一般都采用高强度碳钢和合金钢，如45钢、55钢、40Cr 、40MnB 等。

近年来也有采用球墨铸铁的。

粉末冶金零件的尺寸精度高、材料消耗少、成本低。

随着粉末冶金件的密度和强度大为提高，因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。

大批量生产钢制连杆时多用模锻法制造。

连杆锻坯形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成一体。

整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。

相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。

目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆辊锻工艺。

毛坯辊锻工艺是将毛坯加热后，通过上锻辊模具和下锻辊模具的型槽，毛坯产生塑性变形，从而得到所需要的形状。

用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产效率高，便于实现机械化、自动化，适于在大批量生产中应用。

辊锻需要经多次逐渐成形。

连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛皮尺寸及质量等的全面检查，方能进入加工生产线。

本品采用45钢模锻，上偏差＋1.7mm，下偏差－0.8mm。

2.4基面的选择2.4.1粗基准的选择：粗基准的选择原则如下：(1)为保证重要表面的加工余量，应选该表面为粗基准。

(2)为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的表面为粗基准。

(3)为保证不加工表面和加工表面的尺寸和位置要求，应选不加工表面为粗基准。

(4)选作粗基准的加工表面应尽可能平整，没有毛边浇口或其它缺陷。

(5)粗基准在同一方向上只允许使用一次。

2.4.2精基准的选择：精基准的选择原则如下：(1)基准重合原则；(2)基准统一原则； (3)自为基准原则；(4)互为基准原则；(5)可靠方便原则。

2.4.3连杆基准的选择连杆件外形较复杂而刚性较差，技术要求又高，恰当的选择机械加工中的定位基准是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。

在连杆的实际加工过程中，一般都对连杆进行完全定位，即按六点定位原理来限制连杆的六个自由度。

多数情况下，选用大、小头端面作为主要的定位基准，使零件的支承面积大、定位稳定、装夹方便。

同时选用小头孔和大头孔连杆体的外侧面作为一般定位基准，从而限制了连杆的六个自由度。

选用连杆端面和小头孔作为定位基准，不仅便于在加工过程中实现基准统一，更重要的是使连杆的重要技术要求（如大、小头孔之间的中心距要求，大、小头孔中心线在两个相互垂直的方向上的平行度要求，端面与大头孔中心线的垂直度要求，两端面之间的距离要求等）在加工过程中实现基准重合，以减小定位误差。

因此连杆体外侧面为粗基准，连杆两端面为精基准。

2.5连杆加工主要加工表面的工序安排工序的组合可采用工序的分散或集中的原则。

工序分散的特点：工序多，工艺过程长，每个工序所包含的加工内容少，极端情况下每个工序只有一个工步；所使用的装备比较简单，易于调整和掌握；有利于选用合理的切削用量，减少基本时间；设备数量多，生产面积大，涉及投资少；易于更换产品。

工序集中的特点：零件各个表面的加工集中在少数几个工序内完成，每个工序的内容和工步较多；有利于采用高效的专用设备和工艺装备；生产面积和操作工人的数量减少，辅助时间缩短，加工表面间的位置精度易于保证，设备、工装投资大，调整、维护复杂，生产准备工作量大，更换新产品困难。

工序的分散和集中程度应根据生产规模、零件的结构特点和技术要求，工艺装备与装备等的具体情况综合分析确定。

连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆和盖的结合面及连杆螺栓孔的定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。

连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。

连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工，第二阶段为连杆体和盖切开后的加工，第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。

第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要加工出精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工、为合装作准备的螺栓孔和结合面的粗精加工以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。

如果按主要表面的粗、精加工来划分连杆的加工阶段的话，可以按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。

2.6工艺路线的制定制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定的为大量生产的前提下可考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

2.6.1工艺路线方案一工序一：粗磨两端面；工序二：钻小头孔，倒角；工序三：拉大头凸块及两端面；工序四：切开连杆和连杆盖；工序五：拉连杆小头凸块；工序六：拉连杆两侧面、半圆面和结合面；工序七：中间检查；工序八：粗锪连杆两螺栓座面；工序九：铣连杆轴瓦锁口槽，钻大头油孔，精铣两螺栓座面；工序十：去毛刺；工序十一：精磨结合面；工序十二：拉连杆盖两侧面、半圆面和结合面；工序十三：粗锪连杆盖两螺母座面；工序十四：去毛刺；工序十五：铣连杆盖轴瓦锁口槽；工序十六：精磨结合面；工序十七：精铣两螺母座面；工序十八：钻—扩φ12孔,扩φ13螺栓孔；工序十九：去毛刺；工序二十：清洗；工序二十一：中间检查；工序二十二：装配连杆和连杆盖；工序二十三：粗镗大头孔；工序二十四：半精磨两端面；工序二十五：半精镗大、小头孔；工序二十六：清洗；工序二十七：中间检查，称量大、小头不平衡重量；工序二十九：铣去大、小头多余不平衡重量；工序三十：去毛刺，复称大、小头不平衡重量；工序三十一：钻小头油孔，倒角；工序三十二：压铜衬套，挤压小头孔；工序三十三：去油孔毛刺；工序三十四：精镗大头孔和小头孔衬套；工序三十五：清洗；工序三十六：中间检查；工序三十七：珩磨大头孔；工序三十八：去毛刺；工序三十九：清洗；工序四十：终检；工序四十一：校正。